第2課時　化學反應(yīng)的限度　化學反應(yīng)條件的控制 發(fā)展目標體系構(gòu)建1.了解可逆反應(yīng)的含義和反應(yīng)限度及化學平衡的特征，培養(yǎng)“變化觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)。2.了解化學反應(yīng)條件的控制及在生產(chǎn)和科技研究中的作用，培養(yǎng)“科學探究與社會責任”的核心素養(yǎng)。一、化學反應(yīng)的限度1．可逆反應(yīng)(1)概念：在同一條件下正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向均能進行的化學反應(yīng)。(2)特點：①反應(yīng)不能進行到底；②在一定條件下反應(yīng)物與生成物同時存在；③正、逆反應(yīng)方向同時進行。2．化學平衡(1)化學平衡的建立①濃度對速率的影響的角度：在一定條件下，向反應(yīng)容器中加入N2和H2，發(fā)生反應(yīng)：N2＋3H22NH3。 濃度速率變化v正、v逆關(guān)系開始反應(yīng)物濃度最大v正最大v正＞v逆生成物濃度最小v逆最小變化反應(yīng)物濃度減小v正減小v正＞v逆生成物濃度增大v逆增大平衡反應(yīng)物濃度不變v正不變v正＝v逆≠0生成物濃度不變v逆不變②利用速率—時間(v-t)圖像分析(如圖)：(2)化學平衡狀態(tài)的概念：在一定條件下，當反應(yīng)進行到一定程度時，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度都不再改變，達到一種表面靜止的狀態(tài)，稱之為化學平衡狀態(tài)，簡稱化學平衡。(3)化學反應(yīng)的限度是指可逆反應(yīng)在一定條件下所能達到或完成的最大程度，即該反應(yīng)進行的限度?；瘜W反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在該條件下轉(zhuǎn)化為生成物的最大轉(zhuǎn)化率。(4)轉(zhuǎn)化率＝×100%。(5)影響因素：改變反應(yīng)條件，可以在一定程度上改變該反應(yīng)的化學平衡狀態(tài)。　化學反應(yīng)達到平衡時，濃度不再改變，反應(yīng)停止了嗎？為什么？提示：沒有停止，因為v正＝v逆≠0。二、化學反應(yīng)條件的控制1．化學反應(yīng)條件的控制(1)目的：促進有利的化學反應(yīng)，抑制有害的化學反應(yīng)。(2)基本措施①改變化學反應(yīng)速率：改變反應(yīng)體系的溫度、物質(zhì)的濃度、氣體的壓強、固體的表面積以及催化劑的合理使用等。②改變可逆反應(yīng)進行的限度：改變可逆反應(yīng)體系的溫度、物質(zhì)的濃度、氣體的壓強等。(3)考慮因素：控制反應(yīng)條件的成本和實際可能性。2．提高煤的燃燒效率(1)煤燃燒時，將煤塊粉碎成煤粉目的是增大與空氣中O2的接觸面積，煤粉燃燒更充分，反應(yīng)速率快；通入適當過量的空氣可以使煤粉充分燃燒，生成CO2，放出更多的熱量；若空氣不足，會造成煤燃燒不完全，生成CO，產(chǎn)生熱量減少，且會造成污染。(2)選擇保溫隔熱且耐熱的爐(灶)膛材料的主要目的是防止熱量散失。(3)充分利用煤燃燒后的廢氣中的熱量可采取的措施是將燃燒后的廢氣通過熱交換裝置，供其他方面使用。　根據(jù)合成氨的反應(yīng)特點，溫度越低，壓強越大，氨的產(chǎn)率越高，為什么合成氨采用壓強為10 MPa～30 MPa、溫度為400～500 ℃條件下進行？提示：在合成氨的化工生產(chǎn)中，需要考慮控制反應(yīng)條件的成本和實際可能性。合成氨的生產(chǎn)在溫度較低時，反應(yīng)速率小，一定時間內(nèi)生成的NH3少；壓強越大，對動力和生產(chǎn)設(shè)備的要求越高。綜合考慮采用此條件進行。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)任何可逆反應(yīng)都有一定的限度。 (　　)(2)化學反應(yīng)達到限度時，正、逆反應(yīng)速率相等。 (　　)(3)化學平衡狀態(tài)是不可改變的。  (　　)(4)任何反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)速率越大，轉(zhuǎn)化率越大。 (　　)(5)煤燃燒時空氣過量越多越好。  (　　)[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×2．對于可逆反應(yīng)達到平衡時，下列說法不正確的是(　　)A．反應(yīng)物與生成物的濃度不再改變B．正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率均為零C．各物質(zhì)的組成之比不再改變D．該條件下的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大[答案]　B3．工業(yè)上使用煤作燃料時，為了使煤能充分燃燒，你認為可采取的措施有：(1)_________________________________________________；(2)_________________________________________________。[答案]　(1)將煤粉碎，增加煤與空氣的接觸面積(2)充入適當過量的空氣化學平衡狀態(tài)的特征與判定1．一定溫度下，在定容的密閉容器中進行反應(yīng)：N2＋3H22NH3。下列說法能說明反應(yīng)達到的平衡狀態(tài)的是________________(填序號)。①c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2?、?/span>c(H2)保持不變　③壓強不再改變　④密度不變?、?/span>v(N2)∶v(H2)＝1∶3?、?/span>v正(N2)＝v逆(N2)?、邌挝粫r間內(nèi)生成1 mol N2同時生成2 mol NH3　⑧氣體的平均相對分子質(zhì)量不變[答案]　②③⑥⑦⑧2．一定溫度下，恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；下列說法證明反應(yīng)達平衡狀態(tài)的是________(填序號)。①m(C)保持不變?、贖2的體積分數(shù)不變?、蹥怏w的密度不變?、軞怏w的摩爾質(zhì)量不變?、輭簭姴蛔儭、?/span>v(CO)＝v(H2O)[答案]?、佗冖邰堍?/span>1．化學平衡狀態(tài)的特征——“五字訣”化學平衡狀態(tài)的特征概括為逆、等、動、定、變，即2．化學平衡狀態(tài)的判定(1)正、逆反應(yīng)速率相等①同種物質(zhì)：v正＝v逆≠0②不同種物質(zhì)：＝(2)各組分的濃度保持一定①各組分的濃度不隨時間的改變而改變；②各組分的質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)、體積分數(shù)不隨時間的改變而改變。(3)間接標志——“變量不變”①反應(yīng)體系中的總壓強不隨時間的改變而變化(適用于反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng))。②對于反應(yīng)混合物中存在有顏色變化的物質(zhì)的可逆反應(yīng)，若體系中顏色不再改變，則反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。③全是氣體參加的反應(yīng)前后化學計量數(shù)改變的可逆反應(yīng)，平均相對分子質(zhì)量保持不變。④對絕熱密閉容器，溫度保持不變。⑤對恒壓容器的非等體積氣體反應(yīng)，密度保持不變。1．硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品，硫酸的消耗量常被視為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的一種標志。目前的重要生產(chǎn)方法是“接觸法”，有關(guān)接觸氧化反應(yīng)2SO2＋O22SO3的說法不正確的是(　　)A．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，故在一定條件下二氧化硫和氧氣不可能全部轉(zhuǎn)化為三氧化硫B．達到平衡后，反應(yīng)就停止了，故此時正、逆反應(yīng)速率相等且均為0C．一定條件下，向某密閉容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，則從反應(yīng)開始到達到平衡的過程中，正反應(yīng)速率不斷減小，逆反應(yīng)速率不斷增大，某一時刻，正、逆反應(yīng)速率相等D．達到平衡后，改變溫度，平衡狀態(tài)被破壞B　[反應(yīng)達到平衡，反應(yīng)未停止，v正＝v逆≠0，B錯誤。]2．在恒溫下的密閉容器中，有可逆反應(yīng)：2NO＋O22NO2(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，不能說明已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是(　　)A．正反應(yīng)生成NO2的速率和逆反應(yīng)生成O2的速率相等B．反應(yīng)容器中壓強不變C．混合氣體顏色深淺保持不變D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間變化而變化A　[該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不相等的反應(yīng)，因此混合氣體的平均相對分子質(zhì)量、壓強以及顏色保持不變，即說明達到平衡。A中表示的速率雖然方向相反，但速率之比不等于化學計量數(shù)之比，即應(yīng)該是正反應(yīng)生成NO2的速率和逆反應(yīng)生成O2的速率的2倍相等，故A錯。]3．下列描述的化學反應(yīng)狀態(tài)，不一定是平衡狀態(tài)的是(　　)A．H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的顏色保持不變B．2NO2(g)N2O4(g)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的壓強保持不變C．CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的密度保持不變D．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反應(yīng)體系中H2與N2的物質(zhì)的量之比保持1∶3D　[恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的顏色保持不變，說明溴單質(zhì)的濃度不再變化，達到了平衡狀態(tài)，A錯；2NO2(g)N2O4(g)是反應(yīng)前后氣體化學計量數(shù)和變化的反應(yīng)，當恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的壓強保持不變，達到了平衡狀態(tài)，B錯；CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的密度等于氣體質(zhì)量和體積的比值，質(zhì)量變化，體積不變，所以密度變化，當氣體密度保持不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，C錯；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應(yīng)體系中H2與N2的物質(zhì)的量之比保持1∶3，不能證明正逆反應(yīng)速率相等，不一定是平衡狀態(tài)，D對。]利用“變量”與“不變量”來判斷化學平衡狀態(tài)(1)選變量選定反應(yīng)中“變量”，即隨反應(yīng)進行而變化的量，當變量不再變化時，反應(yīng)已達平衡狀態(tài)。(2)常見的變量①氣體的顏色；②對于氣體體積有變化的反應(yīng)來說，恒壓反應(yīng)時的體積、恒容反應(yīng)時的壓強；③對于反應(yīng)體系中全部為氣體，且氣體物質(zhì)的量有變化的反應(yīng)來說，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量；④對于反應(yīng)體系中不全部為氣體的反應(yīng)來說，恒容時混合氣體的密度等。(3)在利用、ρ、n(總)、p(總)判斷時要注意反應(yīng)特點和容器的體積變化問題。平衡轉(zhuǎn)化率的有關(guān)計算【典例】　在一定溫度下，發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，起始時，充入的N2和H2的物質(zhì)的量分別是3.0 mol和6.0 mol，平衡時生成NH3的物質(zhì)的量是2.4 mol。已知容器的容積為5.0 L，試求：(1)H2的轉(zhuǎn)化率是________。(2)平衡時混合氣體中N2的體積分數(shù)是________(保留一位小數(shù))。[解析]　 N2(g)?。?H2(g)　2NH3(g)起始    3.0 mol    6.0 mol      0 mol轉(zhuǎn)化    1.2 mol    3.6 mol      2.4 mol平衡    1.8 mol    2.4 mol      2.4 mol(1)H2的轉(zhuǎn)化率＝×100%＝60%。(2)N2的體積分數(shù)＝×100%≈27.3%。[答案]　(1)60%　(2)27.3%“三段式”突破平衡轉(zhuǎn)化率計算模型　　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/mol    a       b        0     0轉(zhuǎn)化/mol    mx     nx       px    qx平衡/mol    a－mx  b－nx    px    qx1．轉(zhuǎn)化率：α(A)＝×100%，α(B)＝×100%。2．氣體體積分數(shù)(物質(zhì)的量分數(shù))φ(A)＝×100%，φ(D)＝×100%。4．在10 L密閉容器中，1 mol A和3 mol B在一定條件下反應(yīng)：A(g)＋xB(g)2C(g)，2 min后反應(yīng)達到平衡時，測得混合氣體共3.4 mol，生成0.4 mol C，則下列計算結(jié)果正確的是(　　)A．平衡時，物質(zhì)的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)＝2∶11∶4B．x值等于3C．A的轉(zhuǎn)化率為20%D．B的平均反應(yīng)速率為0.4 mol·L－1·min－1C　[則0.8 mol＋(3－0.2x)mol＋0.4 mol＝3.4 mol，解得x＝4，B錯；平衡時，物質(zhì)的量之比為0.8∶(3－0.8)∶0.4＝4∶11∶2，A錯；A的轉(zhuǎn)化率為×100%＝20%，C正確；v(B)＝÷2 min＝0.04 mol·L－1·min－1，D錯。]5．在容積可變的密閉容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達到平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率為25%，則平衡時氮氣的體積分數(shù)接近于(　　)A．5%　　　　 B．10%　C．15%　　　 D．20%C　[達到平衡時，H2轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為8 mol×25%＝2 mol。在一定條件下，N2與H2發(fā)生反應(yīng)：同溫同壓下，氣體的體積比等于其物質(zhì)的量之比，故平衡時氮氣的體積分數(shù)為×100%≈15%。]1．下列反應(yīng)中，不屬于可逆反應(yīng)的是(　　)A．2NO2===N2O4與N2O4===2NO2B．H2＋I22HI與2HIH2＋I2C．CO2＋H2O===H2CO3與H2CO3===CO2↑＋H2OD．CaO＋CO2===CaCO3與CaCO3CaO＋CO2↑[答案]　D2．一定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。當SO2、O2、SO3的濃度不再變化時，下列說法正確的是(　　)A.該反應(yīng)已達化學平衡狀態(tài)B．正、逆反應(yīng)速率相等且等于零C．SO2和O2全部轉(zhuǎn)化為SO3D．SO2、O2、SO3的濃度一定相等[答案]　A3．可以證明可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已達到平衡狀態(tài)的是(　　)①6個N—H鍵形成的同時，有3個H—H鍵斷裂②3個H—H鍵斷裂的同時，有6個N—H鍵斷裂③其他條件不變時，混合氣體平均相對分子質(zhì)量不再改變④保持其他條件不變時，體系壓強不再改變⑤NH3、N2、H2的百分含量都不再改變⑥恒溫恒容時，氣體密度保持不變⑦正反應(yīng)速率v(H2)＝0.6 mol·L－1·min－1，逆反應(yīng)速率v(NH3)＝0.4 mol·L－1·min－1A．全部　　　 B．②③④⑤⑥⑦C．②③④⑤⑦     D．③④⑤⑥⑦C　[無論是否達到平衡狀態(tài)，有6個N—H鍵形成的同時，一定有3個H—H鍵斷裂，所以不能證明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，①錯誤；3個H—H鍵斷裂的同時有6個N—H鍵斷裂，說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，所以能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，②正確；該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，因氣體混合物的質(zhì)量不變，所以其他條件不變時，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，說明氣體總物質(zhì)的量不變，能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，③正確；該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，保持其他條件不變時，體系壓強不再改變，說明氣體物質(zhì)的量不再改變，能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，④正確；反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)的百分含量不變，所以NH3、N2、H2的百分含量都不再改變能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，⑤正確；恒溫恒容時，氣體的總質(zhì)量不變，體積不變，氣體的密度始終不變，所以氣體密度保持不變不能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，⑥錯誤；v正(H2)表示消耗H2的速率，v逆(NH3)表示消耗NH3的速率，v正(H2)∶v逆(NH3)＝3∶2，說明正、逆反應(yīng)速率相等，能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，⑦正確；綜上所述，②③④⑤⑦符合題意。]4．下列關(guān)于提高燃料燃燒效率的說法，不正確的是(　　)A．空氣量越多越好B．應(yīng)通入適量的空氣C．固體燃料燃燒前最好粉碎D．液體燃料燃燒時可以以霧狀噴出A　[燃料充分燃燒，把固體粉碎或液體霧化都是為了增大與空氣的接觸面積有利于充分燃燒，而空氣的量要適當，因空氣量過多，會帶走一部分熱量。]5．(素養(yǎng)題)在2 L密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)，2 min后達到平衡狀態(tài)。相同溫度下，測得平衡時混合氣體的壓強比反應(yīng)前混合氣體的壓強減小了。請據(jù)此填空：(1)平衡時混合氣體中三種氣體的物質(zhì)的量之比為________________。(2)N2的轉(zhuǎn)化率為________。(3)2 min內(nèi)，NH3的平均反應(yīng)速率為_________________。[解析]　根據(jù)反應(yīng)前后混合氣體的壓強之比等于其物質(zhì)的量之比，可得平衡時混合氣體的物質(zhì)的量減少了4 mol×＝0.4 mol。由化學方程式N2＋3H22NH3可知，生成的氨氣的物質(zhì)的量為0.4 mol。(1)平衡時混合氣體中三種氣體的物質(zhì)的量之比為0.8 mol∶2.4 mol∶0.4 mol＝2∶6∶1。(2)N2的轉(zhuǎn)化率為×100%＝20%。(3)2 min內(nèi)，NH3的平均反應(yīng)速率為＝0.1 mol·L－1·min－1。[答案]　(1)2∶6∶1　(2)20%　(3)0.1 mol·L－1·min－1  

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第二節(jié) 化學反應(yīng)的速率與限度

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